Міцність курячого яйця
Писіна Вікторія Олександрівна
м Челябінськ, МБОУ ЗОШ №144, 4 клас
У кожного предмета є своя міцність, і у міцності будь-якого предмета є межа. Фізики навчилися вираховувати міцність матеріалів, її враховують при виготовленні будь-якого предмета. Від чого ж залежить міцність, може від твердості, але
існує легенда про небувалу міцності курячого яйця. Однак ми часто спостерігаємо, що будь-який удар може пошкодити яйце. Суперечок з цього приводу багато, тому ми вирішили перевірити яка міцність курячого яйця самі.
Багаторазові дослідження з сирим і вареним яйцем допомогли отримати дані про міцність курячого яйця і зробити висновки:
- коли тиск діє на шкаралупу яйця при природних умовах, вона виявляється дуже міцною і здатна витримати силу від 2 кг до 6 кг, тому витримують вагу квочки;
- міцність яйця залежить від його положення. Розчавити яйце, стискаючи його зверху і знизу важче, ніж, стискаючи його з боків. Стало зрозуміло, чому всі яйця в гнізді птиці і навіть в контейнерах в магазині лежать вертикально;
- порівнявши дані міцності сирого яйця і вареного, можна припустити, що при варінні, шкаралупа стає менш міцною, можна припустити, що це відбувається, тому що при варінні шкаралупа втрачає кальцій.
У наше століття постійних природних змін все частіше стало на слуху слово міцність. Постійно, щось руйнується і ламається. Півтори тисячі років минуло з часу зникнення з лиця землі шести з семи чудес світу. Збереглося лише одне з семи чудес - це піраміди.
Відомості про міцності твердих тіл, що стали розділом цілої науки (фізики), відносяться до одних з найдавніших в розвитку людського знання.
Уже в далекій давнині, коли люди почали створювати різні вироби, питання забезпечення достатньої міцності всього виготовленого або споруджуваного ставали предметом роздумів, пошуків, винаходів. Кілька тисяч років зодчі розраховували міцність, головним чином, спираючись на інтуїцію.
У кожного предмета є своя міцність, і у міцності будь-якого предмета є межа. Фізики навчилися вираховувати міцність матеріалів, її враховують при виготовленні будь-якого предмета. Від чого ж залежить міцність, може від твердості, але
існує легенда про небувалу міцності курячого яйця. Однак ми часто спостерігаємо, що будь-який удар може пошкодити яйце. Суперечок з цього приводу багато, тому ми вирішили перевірити яка міцність курячого яйця самі.
Для цього ми поставили за мету: вивчити міцність шкаралупи курячого яйця.
- Проаналізувати теоретичний матеріал про міцність матеріалів і міцності курячого яйця;
- Визначити досвідченим шляхом міцність яєчної шкаралупи в залежності від положення (вертикальне і горизонтальне);
- Визначити досвідченим шляхом міцність яєчної шкаралупи в залежності від стану (сире і варене);
- Ознайомити учнів і педагогів з результатами дослідів.
Практична значимість роботи.
Отримані мною результати можна продемонструвати на уроках «навколишнього світу», так як матеріал по темі розширить коло знань учнів за межами навчальної програми, а знання про міцність знадобляться в житті і подальшому навчанні.
Глава I. Що таке міцність?
Міцність тіла - це його здатність зберігати свою цілісність під дією зовнішніх факторів, що не розділяючись на окремі фрагменти, в іншому випадку говорять, що настав руйнування. Під механічною міцністю розуміється здатність матеріалів, виробів, конструкцій зберігати свою цілісність без руйнування при дії на них механічних навантажень або, коротко кажучи, стійкість об'єктів по відношенню до будь-якого механічного впливу.
Міцністю володіють, певною мірою, всі матеріали, всі предмети, міцність - необхідна умова їх існування, але в той же час при досить сильному впливі всі матеріали, всі тіла можуть зруйнуватися. Приклади руйнувань добре відомі: під час землетрусів руйнуються будівлі, від вітрових навантажень обрушуються мости, розламуються на дві частини гігантські танкери, відбуваються переломи кісток кінцівок людини, розбивається чашка, ламається олівець. Відомо, що грандіозні середньовічні собори будувалися століттями - значною мірою це пов'язано з тим, що під час будівництва обрушувалися купола або стіни і їх доводилося відбудовувати заново. З семи чудес світу збереглися тільки піраміди - всі інші так чи інакше зруйнувалися.
Можна сказати, що з процесами міцності і руйнування людина зіткнувся в далекій давнині, коли почав усвідомлено ставитися до своєї діяльності: потрібно було домогтися міцності списи, і потрібно було домогтися правильних відколів каменю при виготовленні рубала. Тисячоліттями накопичувалися знання - досвід передавався нащадкам у вигляді правил, рецептів, де реальні знання були змішані з магією; були побудовані храми, фортеці, канали, величезні статуї - складні конструкції, що викликають захоплення; були побудовані дерев'яні парусні кораблі, міцність яких дозволила людству відкрити і досліджувати планету Земля.
Але науковий підхід до дослідження міцності і руйнування почався з робіт двох великих людей - Леонардо да Вінчі (1452-1519) і Галілео Галілея (1564-1642). Здається, що вони цікавилися всім, що в той час було важливим. і проблема міцності і руйнування не могла не привернути їх увагу (Додаток А, стор. I).
Леонардо вперше провів сплановані систематичні експерименти, в яких визначалися руйнівні навантаження для балок, струн з органічних матеріалів, дроту, канатів, для колон під дією стискаючого навантаження. З дослідів Леонардо розпочався експериментальний період у розвитку будівельної механіки.
Галілей, мабуть, нічого не знав про дослідження Леонардо і почав все спочатку. Великий Галілей увійшов в історію перш за все як астроном. А ось його роботи в області опору матеріалів менш відомі. Тим часом саме Галілей звів велике коло питань, пов'язаних з міцністю і руйнуванням матеріалів, в одну область знання. Він вперше вказав на необхідність побудови власної теорії, створення власної науки - опору матеріалів.
Вчений намагався зрозуміти, чому колона або балка руйнується, яка сила викликає це руйнування? Якими мають бути форма, геометричні розміри і умови роботи елемента, щоб він не руйнувався? Для цього йому не вистачало математичного апарату і даних теоретичної механіки, тому не можна сказати, що він побудував теорію. Але він підготував грунт, на якій в подальшому виросла перша теорія міцності.
Сучасний підхід до вивчення міцності враховує будову твердих тіл і базується на кількох науках: математиці, фізиці. Визначення дійсної причини руйнування матеріалу є важким завданням. Ця обставина не дозволяє створити єдину загальну гіпотезу міцності і спричинило за собою появу багатьох теорій, кожна з яких грунтується на своїй гіпотезі про причини руйнування матеріалу.
Отже, можна сказати, що міцність твердих тіл - це, в широкому сенсі - властивість тіл чинити опір руйнуванню під дією навантажень. У вузькому сенсі - опір руйнуванню.
Глава II. Міцність курячого яйця.
У природі з яйця починається будь-яке життя, в яйцеклітині відбувається зародження ссавців, в тому числі і людини. Стародавні наші предки поклонялися яйцю. Ще в дохристиянську епоху язичники, барвисто відзначаючи прихід весни, готували до того свята писанки - розмальовані яйця. Ця традиція, розфарбовування яєць на свято православ'я - Великодня, збереглися в багатьох слов'янських народів.
Яйце - об'єкт постійних вивчень людини. Ми намагаємося відповісти на питання: що раніше яйце чи птах; чому птах сидить на яйці і не тисне його, а птах легко розбиває його; чому яйця не випадають з гнізда і т.д. Яйце - джерело парадоксів (Додаток Б, стр.II.)
Будь-яка людина на Землі знає, що розчавити яйце, щільно взявши його однією рукою, практично неможливо. Для того, щоб яйце тріснуло, необхідна наявність особливих умов, а саме: дуже тверда і мускулиста рука, з набагато сильнішими ніж у звичайної людини пальцями, а також мікротріщини в шкаралупі яйця, отримані при неправильному транспортуванні. Ось розбити яйце зовсім не складно досить просто стукнути його одним боком об будь-який твердий предмет. Сама форма яйця і сьогодні викликає захоплення, тендітна шкаралупа менше піддається руйнуванню за рахунок особливої форми. Але ще наші предки помітили таку цікаву особливість яйцевидної форми, як здатність проявляти більшу міцність при натисканні. Якщо ви будете акуратно здавлювати в своїй долоні звичайне куряче яйце, та ще й вологою рукою воно обов'язково вислизне з ваших пальців. Багато давні народи застосовували принцип яйцеподібному при будівництві кораблів, наприклад, північні помори будували свої знамениті кочи саме з яйцеподібними днищами. Такі кораблі при попаданні в крижане стиснення просто видавлювалися вгору, а не ламалися під дією величезної товщі льоду (Додаток В, стор. III).
Щоб перевірити це властивість яєчної шкаралупи, я провела досвід:
- 20 дорослих людей, різного віку, сили і статі пробували зламати куряче яйце шляхом здавлювання в руці,
- зламати змогли 2 людини - дорослі чоловіки;
- 19 учнів мого класу пробували зламати куряче яйце шляхом здавлювання в руці,
- зламати ніхто не зміг.
Отже, дійсно завдяки своїй формі яйце може витримати великий тиск (Додаток Г, стор. IV).
Еволюційно природа добре попрацювала над формуванням яйця. Квочка (курка або птах) постійно перекочує під собою яйця, рідко їх тисне. У природі характерна обтічна форма не дає яйцям випадати з гнізда. Якщо врахувати той факт, що курка висиджує яйця близько трьох тижнів, при цьому весь час сидить на них, а вага курки близько 2-3 кілограм! Так ось стає цікавим, який же вага зможе витримати звичайне яйце?
Глава III. Експеримент.
Для здійснення експерименту були вирізані два прямокутника. У кутах кожного просвердлені по одному отвору, вставлені чотири довгих олівця так, щоб верхній прямокутник міг рухатися по олівцях вниз (Додаток Д, стр.V).
Були приготовлені вантажі (в кабінеті фізики відібрали гирі - 500г, 200 г, 100 г.)
1). Помістили сире яйце по центру між двома майданчиками. Зверху вкладали вантаж, до того моменту, як шкаралупа трісне. Тим самим встановлюємо масу, яку витримує сире яйце (Додаток Е, стор. VI).
Ми провели 4 досвіду.
Чотири курячих яйця ми розміщували між майданчиками в горизонтальному положенні, інші чотири в вертикальному. Щоб встановити чи залежить міцність яйця від напрямку тиску.
Отримані дані заносили в таблицю 1.
1. - Міцність шкаралупи сирого яйця в залежності від положення.
Для того щоб дізнатися середню масу, яку може витримати яйце, я склала результати і розділила отриману суму на число доданків.
Горизонтально - (3900 + 3200 + 3600 + 4100): 4 = 3 700 г
Вертикально - (4700 + 6500 + 6100 + 5350): 4 = 5 660 г
Таким чином, експериментально було виявлено:
середня маса, яку може витримати сире яйце в горизонтальному положенні,
дорівнює 3 кг 700 г
середня маса, яку може витримати сире яйце в вертикальному положенні,
дорівнює 5 кг 660 г
2). Помістили варене яйце по центру між двома майданчиками. Зверху вкладали вантаж, до того моменту, поки шкаралупа не тріснула. Встановили масу, яку витримує варене яйце в горизонтальному і вертикальному положенні.
Отримані дані заносили в таблицю 2.
2. - Міцність шкаралупи вареного яйця в залежності від положення.
Для того щоб дізнатися середню масу, яку може витримати яйце, я склала результати і розділила отриману суму на число доданків.
Горизонтально - (2500 + 1900 + 3000 + 2800): 4 = 2 550 г
Вертикально - (3600 + 3200 + 3900 + 3100): 4 = 3 450 г
Таким чином, експериментально було виявлено:
Середня маса, яку може витримати варене яйце в горизонтальному положенні, рівна 2 550 г
Середня маса, яку може витримати варене яйце в вертикальному положенні, дорівнює 3 450 г
Багаторазові дослідження з сирим і вареним яйцем допомогли мені отримати достовірні дані про міцність курячого яйця і зробити висновки:
- Коли тиск діє на шкаралупу яйця при природних умовах, вона виявляється дуже міцною і здатна витримати силу від 2 кг до 6 кг
Тепер я знаю відповідь на питання, чому яйця не ламаються під вагою тіла квочки.
- Міцність яйця залежить від його положення. Розчавити яйце, стискаючи його зверху і знизу важче, ніж, стискаючи його з боків.
Стало зрозуміло, чому всі яйця в гнізді птиці і навіть в контейнерах в магазині лежать вертикально.
- Порівнявши дані міцності сирого яйця і вареного, я зробив висновок, що при варінні, шкаралупа стає менш міцною, можна припустити, що це відбувається, тому що при варінні шкаралупа втрачає кальцій.
Людина постійно вирішує проблему міцності матеріалів і об'єктів, намагається побудувати на століття. Але поки це у нього виходить погано: машини ламаються, будівлі руйнуються, руйнуються дороги. Природа ж дає нам зразки міцності, одним з таких зразків є яйце птиці. Міцність форми пташиного яйця помітили давно. З формою пташиного яйця пов'язаний цілий напрямок в архітектурі. Початок її освоєння втрачається в століттях. Цю форму можна побачити в будівлі Московського планетарію і будівлі лондонської мерії, в зведенні купола Храму Христа Спасителя і в куполі Флорентійського
Собору (Додаток Ж, стор. VII). Список можна зробити великий.
Таким чином, з усього сказаного вище можна зробити висновки:
- Яйце - диво природи, з якого починається життя.
- Проведені досліди показали, що шкаралупа яйця завдяки своїй формі досить міцна і здатна витримати силу від 2 кг до 6 кг, тому витримують вагу квочки.
- Проведені досліди показали, що міцність яйця залежить від його положення і в вертикальному положенні яйце витримує більшу вагу.
- Проведені досліди показали, що шкаралупа вареного яйця більш тендітна.
Я сподіваюся, що познайомившись з результатами моєї роботи, мої однокласники зацікавляться дивом яйця і захочуть продовжити його вивчення, адже воно зберігає ще багато таємниць.